了解各種運(yùn)動(dòng)型傳感器，包括加速度計(jì)、傾斜傳感器、振動(dòng)傳感器、PIR（被動(dòng)紅外）傳感器和旋轉(zhuǎn)傳感器。

傳感器無處不在

在我們生活的這個(gè)現(xiàn)代而神奇的時(shí)代，我們被各種各樣的傳感器包圍著。想想一輛新型汽車中的許多傳感器：發(fā)動(dòng)機(jī)艙有曲軸和凸輪軸角度傳感器，座椅有壓力傳感器（以確定孩子是否或成人占據(jù)座位）和安全帶傳感器，當(dāng)然還有救生碰撞傳感器用于在發(fā)生碰撞時(shí)給安全氣囊充氣。據(jù)估計(jì)，目前的模型汽車每輛車有 60 到 100 個(gè)傳感器，更新（更智能）的汽車將有接近 200 個(gè)傳感器。

有沒有想過您的智能手機(jī)如何知道何時(shí)根據(jù)其方向旋轉(zhuǎn)屏幕（從橫向到縱向）？你可以感謝加速度計(jì)的神奇技巧。這些相同的加速度計(jì)因允許您在手機(jī)上玩需要手機(jī)本身移動(dòng)的游戲而獲得贊譽(yù)。雖然加速度計(jì)是實(shí)際的重力傳感器，但磁力計(jì)和陀螺儀都通過從加速度計(jì)數(shù)據(jù)中去除線性加速度來發(fā)揮作用。

紅外熱像儀

PIR 或被動(dòng)紅外探測(cè)器通常用于入侵者警報(bào)系統(tǒng)。PIR 類似于熱傳感器。這些紅外傳感器/探測(cè)器是運(yùn)動(dòng)傳感器安全燈內(nèi)的秘密武器，當(dāng)有人接近時(shí)，它會(huì)照亮車道。紅外線超出了我們眼睛的光檢測(cè)能力（見下圖 1）。

圖 1.可見光和紅外光譜。圖片由 加州大學(xué)伯克利分校的Digital Earth Watch提供

PIR 是熱釋電設(shè)備——即，它們?cè)诩訜峄蚶鋮s時(shí)可以產(chǎn)生電壓——通過感知周圍物體發(fā)出的輻射熱（也稱為紅外線）的變化來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。

PIR 傳感器通常包括視場(chǎng)和/或線性距離規(guī)格，并且大多數(shù)都帶有塑料鏡頭。下面的圖 2 是 PIR 傳感器的示例。

圖 2. PIR 傳感器。圖片取自 Parallax Inc 的555-28027 數(shù)據(jù)表。

加速度計(jì)

如前所述，加速度計(jì)位于智能手機(jī)（和平板電腦）內(nèi)部，因此鑒于智能手機(jī)的超大規(guī)模生產(chǎn)，加速度計(jì)成本低且易于獲得。

許多加速度計(jì)設(shè)備使用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）作為感應(yīng)加速度的關(guān)鍵技術(shù)。STMicroelectronics 加速度計(jì)使用專有工藝，允許懸浮的硅結(jié)構(gòu)在感應(yīng)到的加速度方向上自由移動(dòng)。根據(jù) STMicroelectronics 的說法，“當(dāng)對(duì)傳感器施加加速度時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)偏離其標(biāo)稱位置，導(dǎo)致電容半橋不平衡。這種不平衡是通過電荷積分來測(cè)量的，以響應(yīng)施加到電容器的電壓脈沖” （LIS2DH 數(shù)據(jù)表，第 18 頁）。參見圖 3。

圖 3. STMicroelectronics MEMS 3 軸加速度計(jì)。圖片取自 LIS2DH 數(shù)據(jù)表。

傾斜傳感器

傾斜傳感器與加速度計(jì)有些相似，但設(shè)計(jì)卻沒有那么復(fù)雜。傾斜傳感器，也稱為運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器或傾斜開關(guān)，顧名思義：它是一種檢測(cè)傾斜的傳感器，特別是從地平線的傾斜。有多種傾斜感應(yīng)設(shè)計(jì)類型，但常見的一種稱為滾球傳感器開關(guān)（見圖 4）。滾球傳感器開關(guān)通過滾球工作，當(dāng)它傾斜到臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)與兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電銷接觸或斷開接觸。

傾斜傳感器的規(guī)格通常包括以度為單位的傳感器角度。

盡管今天不常用，但如果您仔細(xì)觀察，仍然可以找到原始類型的傾斜開關(guān)——水銀傾斜開關(guān)。如果您找到符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的傾斜開關(guān)，請(qǐng)放心，它不含汞。

圖 4.滾球傳感器開關(guān)。圖片取自 C&K 的 數(shù)據(jù)表（部件號(hào)：RB-220-07 R）。

振動(dòng)傳感器

有許多不同的方法和傳感器可用于測(cè)量和檢測(cè)振動(dòng)。一種這樣的傳感器是上述加速度計(jì)。許多數(shù)字加速度計(jì)具有用戶可選的靈敏度設(shè)置，允許設(shè)備檢測(cè)從非常大到非常小的加速度。

壓電傳感器（見圖 5）是振動(dòng)傳感技術(shù)的理想選擇。壓電傳感器利用壓電效應(yīng)通過將物理變化轉(zhuǎn)換為電氣變化來測(cè)量加速度、應(yīng)變或力的變化。除了檢測(cè)振動(dòng)外，這些相同類型的傳感器還用于檢測(cè)機(jī)械沖擊。

圖 5.壓電振動(dòng)傳感器。圖片由SparkFun 提供

旋轉(zhuǎn)傳感器

也許最簡單的旋轉(zhuǎn)傳感器是使用電位計(jì)作為分壓器，其中電壓與旋轉(zhuǎn)角度成正比。

正交編碼器通常用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)位置，每轉(zhuǎn)提供特定數(shù)量的等距脈沖。正交編碼器是一種增量編碼器。增量編碼器通過生成與電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)成正比的二進(jìn)制脈沖流來提供相對(duì)位置反饋（也可以提供速度和方向）。正交編碼器有兩個(gè)通道，它們的相位相差 90 度電。見圖 6。

圖 6.正交編碼器的二進(jìn)制脈沖。圖片由EmbeddedRelated.com 提供

其他旋轉(zhuǎn)傳感器包括基于霍爾效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)傳感器 IC和旋轉(zhuǎn)位置傳感器。

力傳感器

有多種類型的力傳感器可用，其中兩種是應(yīng)變計(jì)和稱重傳感器。

稱重傳感器將使用應(yīng)變計(jì)測(cè)量的材料變形轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。一種類型的稱重傳感器使用彎曲梁。讓我們假設(shè)應(yīng)變計(jì)安裝在梁上。當(dāng)向梁施加力時(shí)，梁開始輕微彎曲，導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)彎曲，從而導(dǎo)致其電輸出信號(hào)發(fā)生變化。有關(guān)稱重傳感器的示例，請(qǐng)參見圖 7。

圖 7.稱重傳感器描述。圖片改編自 Tekscan

壓力傳感器

有許多不同類型的壓力傳感器和用于制造壓力傳感器的技術(shù)。

壓力傳感器的種類：

• 絕對(duì)壓力傳感器：該傳感器測(cè)量相對(duì)于完美真空的壓力。

• 表壓傳感器：這種類型的壓力傳感器測(cè)量相對(duì)于大氣壓的壓力。

• 密封壓力傳感器：該傳感器測(cè)量相對(duì)于其他一些已知和固定壓力的壓力。

• 壓差傳感器：該壓力傳感器測(cè)量兩個(gè)壓力之間的差值。傳感器同時(shí)“看到”兩個(gè)壓力中的每一個(gè)。請(qǐng)參見下面的圖 8。

圖 8.壓差傳感器。注意這兩個(gè)端口。圖片由現(xiàn)代設(shè)備提供

壓力傳感器中使用的技術(shù)：

壓阻式應(yīng)變計(jì)技術(shù)用于檢測(cè)由于施加壓力而產(chǎn)生的力或張力。

電容式壓力傳感器使用隔膜和壓力腔來創(chuàng)建可變電容器。

壓電傳感器使用壓電效應(yīng)來測(cè)量施加壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變。